《制冷壓縮機(jī)》第4章-滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)

滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)制冷壓縮機(jī)

第四章§4-1工作過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)是一種容積型回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，它是利用氣缸工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣過程的。1.工作原理組成：氣缸、滾動轉(zhuǎn)子、偏心軸、滑片等。滾動轉(zhuǎn)子裝在偏心軸上，轉(zhuǎn)子沿氣缸內(nèi)壁滾動，與氣缸間形成月牙形的工作腔，滑片靠彈簧作用力使其端部與轉(zhuǎn)子緊密接觸，將月牙形工作腔分隔為兩部分，滑片沿滑片槽做往復(fù)運(yùn)動。氣缸內(nèi)壁、轉(zhuǎn)子外壁、切點(diǎn)、滑片構(gòu)成基元容積，容積內(nèi)氣體壓力隨轉(zhuǎn)角變化。轉(zhuǎn)子氣缸曲軸滑片彈簧由上述的工作過程可以看出：（1）轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周，將完成上一工作循環(huán)的壓縮和排氣過程，及下一工作循環(huán)的吸氣過程。（2）由于不設(shè)吸氣閥，吸氣開始的時(shí)機(jī)與氣缸上吸氣孔口位置有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不隨工況的變化而變動。（3）由于設(shè)置了排氣閥，壓縮終了的時(shí)機(jī)將隨排氣管中壓力的變化而變動。2.工作過程2.工作過程幾個特征角及其影響吸氣孔口后邊緣角吸氣孔口前邊緣角排氣孔口后邊緣角排氣孔口前邊緣角排氣開始角容積—轉(zhuǎn)角、壓力—轉(zhuǎn)角圖3.主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)主要是小型全封閉式，臥式多用于冰箱，立式多用于空調(diào)。臥式結(jié)構(gòu)排氣消聲器：由輔軸承和薄鋼板組成的空腔組成。供油機(jī)構(gòu)：靠吸油和排油二極管將油從底部吸入通過供油管供油。固定方式：主軸承與機(jī)殼焊成一體。吸油二極管排油二極管排氣消聲器主軸承消聲器平衡塊儲液器吸氣管排氣管立式結(jié)構(gòu)儲液器的作用：氣液分離、儲存制冷劑和潤滑油、緩沖吸氣壓力脈動。電機(jī)冷卻：機(jī)殼內(nèi)充滿高壓氣體，吸氣直接進(jìn)入壓縮機(jī)，減少了吸氣過熱，排氣溫度不高，可冷卻電機(jī)。離心式供油。固定方式：氣缸與機(jī)殼焊接在一起。吸氣管滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的特點(diǎn)

1．零部件少，結(jié)構(gòu)簡單2．易損零件少，運(yùn)行可靠3．沒有吸氣閥片，余隙容積小，輸氣系數(shù)較高4．在同工況下，壓縮機(jī)體積小、重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡5．加工精度要求較高6．密封性能較差，泄漏損失較大7.氣缸容積利用率低4.發(fā)展趨勢變頻電機(jī)平衡塊排氣閥消聲孔滑片回油管消聲孔特點(diǎn)：1.變頻調(diào)速進(jìn)行無級能量調(diào)節(jié)：頻率調(diào)節(jié)范圍30~120Hz，轉(zhuǎn)速1600~6200rpm.2.對轉(zhuǎn)速范圍寬的適應(yīng)性：采取一些減振和消聲措施。平衡塊降低高速時(shí)引起的振動。曲軸的表面處理。3.固定方式：氣缸與機(jī)殼焊接在一起。（1）變頻壓縮機(jī)特點(diǎn)：動力平衡性好，雙轉(zhuǎn)子使負(fù)荷扭矩的變化平緩，減振，適用于大功率。固定方式：氣缸和電機(jī)熱套在機(jī)殼上，氣缸與機(jī)殼焊接。（2）雙缸滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)4.發(fā)展趨勢4.發(fā)展趨勢（3）提高壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性

借助電子計(jì)算機(jī)對壓縮機(jī)工作過程的性能仿真，主要部件結(jié)構(gòu)如軸承、滑片、滾動轉(zhuǎn)子、排氣閥等結(jié)構(gòu)的特性分析，以及噪聲和振動的仿真。可對壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性、噪聲和振動進(jìn)行預(yù)測，并通過完善這些預(yù)測手段。對滿足各種要求的滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（4）降低噪聲為了減少由于滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)與機(jī)殼焊接成整體結(jié)構(gòu)帶來噪聲的不利影響，首先從振動方面入手減少曲軸及軸承的振動，改進(jìn)壓縮機(jī)與機(jī)殼的連接系統(tǒng)，開發(fā)各種新型消聲結(jié)構(gòu)和排氣閥等?！?-2主要熱力性能參數(shù)滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)示意圖前提假設(shè)：滑片只做上下往復(fù)運(yùn)動；不計(jì)滑片厚度，與轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)始終在坐標(biāo)軸上移動；不計(jì)排氣閥下面排氣孔所占容積。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)示意圖一、氣缸工作容積的變化規(guī)律滑片的運(yùn)動規(guī)律與曲柄——連桿機(jī)構(gòu)相似。設(shè)計(jì)時(shí)一般R和相對偏心矩τ作為結(jié)構(gòu)參數(shù)確定下來運(yùn)動位移:運(yùn)動速度:運(yùn)動加速度:根據(jù)幾何關(guān)系，滑片與轉(zhuǎn)子觸點(diǎn)的運(yùn)動關(guān)系：滑片的運(yùn)動規(guī)律2.氣缸容積變化規(guī)律氣缸的工作容積是氣缸內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子外圓間形成的月牙形面積與轉(zhuǎn)子長度L的乘積?；瑢飧兹莘e分為吸氣容積和壓縮容積不計(jì)滑片厚度時(shí)，2.氣缸容積變化規(guī)律為計(jì)滑片厚度時(shí)，滑片伸入氣缸中所占據(jù)的面積：吸氣缸橫截面積壓縮和排氣缸橫截面積：若不計(jì)滑片厚度，則2.氣缸容積變化規(guī)律吸氣和壓縮容積的變化曲線結(jié)論：①余隙容積很?。虎谖艢饪卓谖恢?；③相對偏心距τ影響氣缸利用率。二、輸氣量及其影響因素理論容積輸氣量:實(shí)際容積輸氣量:容積效率:容積效率表征氣缸工作容積的利用程度，反映由于余隙容積、吸氣阻力、吸氣加熱、氣體泄漏和吸氣回流造成的容積損失。（1）容積系數(shù)排氣結(jié)束排氣開始吸氣結(jié)束吸氣開始壓縮開始1)在θ=4π-γ時(shí),切點(diǎn)T以上封存的容積2)排氣閥座孔的容積3)排氣孔口附近及以上的氣缸被削去的部分(減小過度壓縮)。余隙容積的組成:余隙容積小，膨脹過程短，壓比大，絕熱膨脹。滾動轉(zhuǎn)子式的容積系數(shù)一般比往復(fù)式的大。（2）壓力系數(shù)表征吸氣壓力損失對輸氣量造成的影響。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)無吸氣閥，吸氣壓縮損失小，可認(rèn)為壓力系數(shù)約為1。（3）溫度系數(shù)吸氣通過吸氣管直接進(jìn)入氣缸，因吸氣管處于高溫高壓的機(jī)殼中，吸入氣體仍被加熱，加熱后的氣體比體積增加，使輸氣量減少。（4）泄漏系數(shù)泄漏途徑：①轉(zhuǎn)子與氣缸的切點(diǎn)處、滑片與轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)處的徑向間隙。②轉(zhuǎn)子兩端面處的軸向間隙。③滑片兩端面的軸向間隙。系數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的泄漏系數(shù)較往復(fù)壓縮機(jī)的小，是影響輸氣量的主要因素。（5）回流系數(shù)壓縮開始2π~2π+β吸氣回流過程吸氣結(jié)束三、壓縮過程壓縮結(jié)束或排氣開始壓縮開始壓縮過程狀態(tài)點(diǎn)對多變壓縮過程：忽略排氣閥阻力和滑片厚度四、功率及效率1.等熵功率2.指示功率3.機(jī)械效率：反映機(jī)械摩擦損失大小。4.電動機(jī)效率：反映電動機(jī)的損失。電效率：反映電動機(jī)輸入功利用的完善程度?！?-3受力分析及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)通過分析作用于滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)主要運(yùn)動部件上的力及力矩隨轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，為校核零部件強(qiáng)度和剛度及確定軸承負(fù)荷提供依據(jù)。為使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對飛輪矩及平衡質(zhì)量需進(jìn)行計(jì)算。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)主要運(yùn)動部件有滾動轉(zhuǎn)子、主軸和滑片，作用力有氣體力、摩擦力、偏心轉(zhuǎn)子的慣性力、滑片彈簧力等。一、轉(zhuǎn)子的受力分析吸氣口排氣口elL11.氣體合力由幾何關(guān)系：對三角形AOO1有：1.氣體合力可求得力的作用寬度由氣體力構(gòu)成軸承的負(fù)荷并使轉(zhuǎn)子彎曲2.阻力矩（N·m）及飛輪矩摩擦產(chǎn)生的阻力矩摩擦功率氣體力產(chǎn)生的阻力矩總阻力矩：注意轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向定值轉(zhuǎn)子所受氣體力和阻力矩的變化曲線圖排氣開始時(shí)峰值確定軸承最大負(fù)荷阻力矩驅(qū)動力矩M—θ曲線下的面積代表電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈對壓縮機(jī)做的功，可用來計(jì)算壓縮機(jī)的軸功率：飛輪矩3.旋轉(zhuǎn)慣性力及力矩的平衡（1）單缸機(jī)的平衡注意：在平衡慣性力的同時(shí),應(yīng)平衡力矩。質(zhì)量應(yīng)加裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端。慣性力的平衡慣性力矩的平衡平衡塊質(zhì)量3.旋轉(zhuǎn)慣性力及力矩的平衡（2）雙缸機(jī)的平衡慣性力的（靜）平衡慣性力矩的（動）平衡若兩轉(zhuǎn)子的慣性力相等，則只需對力矩進(jìn)行平衡則平衡重為二、滑片的受力分析滑片所受橫向氣體力（兩側(cè)面）滑片所受縱向氣體力往復(fù)慣性力彈簧力保證滑片始終與轉(zhuǎn)子接觸忽略摩擦力三、主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：氣缸直徑D、氣缸（或轉(zhuǎn)子）的軸向長度L、轉(zhuǎn)子相對偏心距τ(=e/R)、相對氣缸長度μ(=L/D)。結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)熱力計(jì)算確定。1.氣缸直徑D氣缸工作容積參數(shù)間的關(guān)系制冷量和工況已知，進(jìn)行熱力計(jì)算確定設(shè)計(jì)參數(shù)2.相對偏心距和相對氣缸長度（1）相對偏心距τ的影響：①τ愈大，氣缸的有效利用率愈大②τ愈大，滑片的氣體力增加，而轉(zhuǎn)子所受氣體力愈小滑片位移滑片側(cè)面氣體力轉(zhuǎn)子氣體力③τ愈大，泄漏圓周長愈短，周向泄漏愈小。2.相對偏心距和相對氣缸長度結(jié)論：選較大的τ值有利，但不宜過大（為什么？）（2）相對氣缸長度μ的影響：結(jié)論：選較小的μ值有利，但不宜過?。槭裁?？）①②3.泄漏間隙主要間隙：（1）轉(zhuǎn)子端面間隙（2）轉(zhuǎn)子徑向間隙（3）滑片端面間隙（4）滑片槽側(cè)面間隙。間隙過大，則泄漏大，能效比低；間隙過小，摩擦功率大，能效比也低。存在最佳間隙。對滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，泄漏對性能和壽命的影響是重要的。因此開發(fā)減小泄漏的新結(jié)構(gòu)是趨勢，如擺轉(zhuǎn)式滾動壓縮機(jī)。

擺轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)特點(diǎn):轉(zhuǎn)子與葉片鑄造成一體,與軸瓦一起使壓縮平穩(wěn)，減少滑閥與轉(zhuǎn)子的泄漏和混合油引起的摩擦，效率和可靠性更高，采用變頻，在中低速泄漏小，效率和節(jié)能顯著,且面向替代工質(zhì)HCFC,407C和410A.日本大金(DAIKIN)公司正在用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾動轉(zhuǎn)子式。§4-5振動與噪聲一、振動源與噪聲源振動源（1）曲軸扭矩振動（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)不平衡慣性力（3）壓力脈動產(chǎn)生的激振力導(dǎo)致振動噪聲源（1）電磁噪聲：500Hz以下低頻噪聲（2）制冷劑的氣流噪聲：1kHz以上的高頻噪聲（3）機(jī)械噪聲：2kHz以上突發(fā)性噪聲二、消減振動和降低噪聲的措施1.提高曲軸的動力平衡性：平衡質(zhì)量應(yīng)滿足力平衡、力矩平衡和一階振型平衡。2.控制曲軸的旋轉(zhuǎn)不均勻度：增加旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性矩。3.機(jī)殼的優(yōu)化設(shè)計(jì)：改善機(jī)殼的剛性、形狀和材料。4.消減氣流脈動：設(shè)置脈動衰減器、消聲器5.降低電磁噪聲：控制曲軸與定子間的偏心,以降低氣隙間電磁失衡的不均勻性.6.降低機(jī)械